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异步电机(感应电机)的工作原理是通过定子的旋转磁场在转子中产生感应电流,产生电磁转矩,转子中并不直接产生磁场.因此,转子的转速一定是小于同步速的(没有这个差值,即转差率,就没有转子感应电流),也因此叫做异步电机.
而同步电机转子本身产生固定方向的磁场(用永磁铁或直流电流产生),定子旋转磁场"拖着"转子磁场(转子)转动,因此转子的转速一定等于同步速,也因此叫做同步电机.
作为电动机时,大部分是用异步机;发电机都是同步机。
同步电机和异步电机的区别
三相交流电通过一定结构的绕组时,要产生旋转磁场.在旋转磁场的作用下,转子随旋转磁场旋转.如果转子的转速同旋转磁场的转速完全一致,就是同步电机;如果转子的转速小于磁场转速,也就是说两者不同步,就是异步电机.异步电机结构简单,应用广泛.同步电机要求转子有固定的磁极(永磁或电磁),如交流发电机和同步交流电动机.
电机的转速(定子转速)小于旋转磁场的转速,从而叫为异步电机。它和感应电机基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s为转差率,
ns为磁场转速,n为转子转速。
基本原理:(1)当三相异步电机接入三相交流电源时,三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势(定子旋转磁动势)并产生旋转磁场。
(2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。
(3)根据电磁力定律,载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用,形成电磁转矩,驱动转子旋转,当电动机轴上带机械负载时,便向外输出机械能。
特点:
优点:结构简单,制造方便,价格便宜,运行方便。
缺点:功率因数滞后,轻载功率因数低,调速性能稍差。
主要做电动机用,一般不做发电机!
异步电机是一种交流电机,其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用最广,在不致引起误解或混淆的情况下,一般可称感应电机为异步电机。
普通异步电机的定子绕组接交流电网,转子绕组不需与其他电源连接。因此,它具有结构简单,制造、使用和维护方便,运行可靠以及质量较小,成本较低等优点。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性,从空载到满载范围内接近恒速运行,能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电机还便于派生成各种防护型式,以适应不同环境条件的需要。异步电机运行时,必须从电网吸取无功励磁功率,使电网的功率因数变坏。因此,对驱动球磨机、压缩机等大功率、低转速的机械设备,常采用同步电机。由于异步电机的转速与其旋转磁场转速有一定的转差关系,其调速性能较差(交流换向器电动机除外)。对要求较宽广和平滑调速范围的交通运输机械、轧机、大型机床、印染及造纸机械等,采用直流电机较经济、方便。但随着大功率电子器件及交流调速系统的发展,目前适用于宽调速的异步电机的调速性能及经济性已可与直流电机的相媲美。
同步电机和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是:稳态运行时,转子的转速和电网频率之间有不变的关系n=ns=60f/p,ns称为同步转速。若电网的频率不变,则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。
同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流机以同步电机为主。
工作原理
◆主磁场的建立:励磁绕组通以直流励磁电流,建立极性相间的励磁磁场,即建立起主磁场。
◆ 载流导体:三相对称的电枢绕组充当功率绕组,成为感应电势或者感应电流的载体。
◆ 切割运动:原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能),极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。
◆ 交变电势的产生:由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动,电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三 相 对称交变电势。通过引出线,即可提供交流电源。
◆ 交变性与对称性:由于旋转磁场极性相间,使得感应电势的极性交变;由于电枢绕组的对称性,保证了感应电势的三相对称性。
运行方式
◆同步电机的主要运行方式有三种,即作为发电机、电动机和补偿机运行。 作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式,作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节,在不要求调速的场合,应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来,小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。 同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载,靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率,以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。
同步发电机和其它类型的旋转电机一样,由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。
最常用的是转场式同步发电机,其定子铁心的内圆均匀散布着定子槽,槽内嵌放着按规律排列的三相对称绕组。这种同步电机的定子又称为电枢,定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。
转子铁心上装有制成必定形状的成对磁极,磁极上绕有励磁绕组,通以直流电流时,将会在电机的气隙中形成极性相间的散布磁场,称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。
原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能),极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。
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交流励磁发电机又被人们称之为双馈发电机.交流励磁发电机由于转子方采用交流电压励磁,使其具有灵活的运行方式,在解决电站持续工频过电压、变速恒频发电、抽水蓄能电站电动-发电机组的调速等问题方面有着传统同步发电机无法比拟的优越性。交流励磁发电机主要的运行方式有以下三种:1) 运行于变速恒频方式;2) 运行于无功大范围调节的方式;3) 运行于发电-电动方式。
随着电力系统输电电压的提高,线路的增长,
当线路的传输功率低于自然功率时,线路和电站将
出现持续的工频过电压.为改善系统的运行特性,
不少技术先进的国家,在6"世纪A"年代初开始研
究异步发电机在大电力系统中的应用问题,并认为
大系统采用异步发电机后,可提高系统的稳定性,
可靠性和运行的经济性.
本文在前期研究的基础上,通过应用实例,进
一步深入地研究了异步发电机电磁设计及电站并接
电容量的确定,为推广应用异步发电机提供了技术
保障.
"异步发电机与同步发电机的比较
"#!异步发电机主要的优缺点
(#)主要优点笼型转子异步发电机结构简
单,牢固,特别适合于高圆周速度电机.无集电环
和碳刷,可靠性高,不受使用场所限制.由于无转
子励磁磁场,不需要同期及电压调节装置,电站设
备简化.负荷控制十分简单,多数情况下不需水轮
机调速器,水轮机可全速运行或在锁定导叶开度下
在一定转速范围内变速运行.异步发电机尽管可能
出现功率摇摆现象,但无同步发电机类似的振荡和
失步问题.并网操作简便.
(6)主要缺点大容量异步发电机必须与同步
发电机并列运行或接入电网运行,由同步发电机或
电网提供自身所需的励磁无功,因此异步发电机是
电网的无功负载.尽管从原理上说异步发电机可以
借助于电容器孤立运行在自激状态,但处于这种运
—!"—
行状态时,发电机调压能力很弱,当发电机达到临
界负荷,将引起电压崩溃.
异步发电机的励磁一般而言可由同步发电机,电
网或静止电容器提供.具体的励磁提供方式由电站类
型或电网运行条件决定.虽然异步发电机不能提供自
身和负载所需的无功,可能是一个缺陷,但当其使用
恰当时,可作为电网无功优化的一种手段.并将会对
电站和电网带来明显的技术经济效益.
!"!异步发电机与同步发电机在电站中应用的经
济性比较
(!)异步发电机装备的电站由于无需直流励磁
系统,同期装置,电站投资费用低.
(")由于无集电环,电刷,转子励磁绕组,因
此维护及运行费用低.
(#)异步发电机转子为隐极及无同步发电机类
似的转子绕组,因此一般效率高于同容量同转速的
同步发电机.相同的水源下,采用异步发电机可多
发电.($)异步发电机的上述经济性优势将会由于异
步发电机所需励磁(或附加同步容量或附加电容
器)受到部分抵消.
(%)异步发电机所需励磁的大小与电机的额定
转速成反比(即与电机的极对数成正比),转速越
高,标幺值励磁越低.
(&)异步发电机电站厂房面积较同步发电机电
站厂房面积小.
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